Серверные диски: какие бывают и как выбрать

Жесткий диск – неотъемлемая часть любого сервера. Он выполняет множество ролей от обеспечения работы операционной системы до хранения и обработки информации. Серверные диски начинают свою историю с середины 20-го века. За это время они прошли долгий путь развития от магнитного накопителя до полупроводниковой флеш-памяти. Рассмотрим более подробно типы серверных дисков, их особенности, цели применения.

Типы серверных дисков

Существует два основных типа накопителей – HDD и SSD, а также производный гибрид – SSHD. Они различаются строением, спецификой работы и производительностью.

HDD диски

Более старый формат – жесткий диск, он же HDD (Hard Disk Drive), “хард”, винчестер или “винт”. Он состоит из нескольких магнитных дискообразных пластин, шпинделя, интегральной схемы и намагниченной головки. Все составляющие помещены в корпус форм-фактора 2.5 или 3.5 дюйма. HDD работает следующим образом: электромотор шпинделя приводит магнитные пластины в движение, которые достигают от 7 200 до 15 000 вращений в секунду, а в это время головка считывает и записывает на них информацию. Именно поэтому при работе диски создают шум, а их температура возрастает.

SSD диски

SSD (Solid-State Drive) работают иначе и являются более современным форматом, нежели HDD. Это твердотельное запоминающее устройство с использованием флеш-памяти, которое полностью эмулирует работу жесткого диска. В SSD нет движущихся механизмов, а вместо магнитных пластин используются отдельные микросхемы памяти NAND. SSD обладает высокой скоростью записи, потребляет меньше электроэнергии, имеет меньший вес и размер, работает практически бесшумно, более устойчив к повреждениям и воздействиям вибраций.

Помимо преимуществ, у SSD также есть и недостатки. Например, меньший объем памяти дисков и более высокая стоимость устройства. Замедление работы при удалении данных, так как происходит процесс перезаписи в свободные ячейки флеш-памяти. Трудности при восстановлении данных по сравнению с HDD накопителями.

SSHD диски

Гибридный диск – SSHD (Solid-State Hybrid Drive). Этот вариант совмещает в одном устройстве и жесткий диск и твердотельный накопитель. Часть от HDD в таком накопителе выполняет функцию хранения данных, когда SSD используется как кэш-память. Это позволяет увеличить скорость обращения к файлам и повысить общую производительность системы. Получается, что SSHD работает быстрее, чем HDD, но все равно медленнее, чем SSD. На практике подобные диски встречаются редко, особенно если речь идет о серверном оборудовании. Как правило, в серверах используют несколько накопителей, поэтому практичней и безопасней использовать в устройстве SSD и HDD диски по отдельности.

Чем серверные диски отличаются от компьютерных

Первоначально серверы в отличие от обычных ПК созданы для круглосуточной работы. Это правило касается и дисков. Корпоративный сегмент оборудования всегда производится с увеличенными эксплуатационными характеристиками, нежели пользовательские устройства. В отличие от десктопных версий серверные диски не только обеспечивают работу операционной системы, приложений, хранение данных, но и поддерживают единовременные запросы от множества пользователей. Enterprise накопители отличаются повышенной отказоусточивостью, моментальным откликом, увеличенным ресурсом выработки. Кроме того серверные диски поддерживают команды RAID-контроллеров, оснащены более умной функцией автоматической коррекции ошибок, имеют больший гарантийный срок.

Интерфейсы подключения дисков

Для обмена информацией между накопителями и материнской платой, используются специальные шлейфы. Интерфейсы подключения влияют на характеристики используемых дисков и их производительность. От них зависит: пропускная способность передачи данных, количество доступных к подключению устройств, возможность создания RAID-массивов, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д.

SATA

Самый распространенный интерфейс, который используется для подключения как HDD, SSD и SSHD накопителей. Интерфейс насчитывает 3 поколения, из которых SATA I и SATA II устарели, а SATA III широко используется и имеет пропускную способность шины до 6 Гбит/сек. Существует два класса SATA интерфейса: обычный и Raid Edition. Использование Raid-контроллера вместе со специализированной RE прошивкой помогает избежать падения производительности и выхода диска их массива. 

Частота вращения шпинделя HDD SATA III будет составлять 7200 оборотов в минуту, что обеспечит скорость работы в 100-150 Мб/с. В то время как SSD с интерфейсом SATA III обеспечивает пропускную способность в 500-600 Мб/с. SATA разъем постепенно отходит на задний план несмотря на его популярность и присутствие в любой современной материнской плате. Тем не менее он отлично справляется с задачами хранения больших объемов данных.

SAS

Данный интерфейс изначально рассчитан на работу в серверных системах в отличие от SATA варианта, который широко используется на ПК. SAS HDD – наследник протокола SCSI, который по своим характеристикам уже был быстрее классического SATA по скорости вращения шпинделя. SAS (Serial Attached SCSI) стал популярным благодаря более высокой пропускной способностью и большим количеством единовременно выполняемых операций. Максимальная пропускная способность шины составляет 12 Гбит/сек, а частота вращения шпинделя HDD SAS доходит до 15 000 оборотов в минуту. SAS подключение для SSD дисков также обеспечивает более высокую скорость по сравнению с интерфейсом SATA для твердотельных накопителей. Стоит отметить, что SAS чаще используется для HHD накопителей.

Для подключения двух портовых SAS дисков требуется контроллер, к которому также можно подключить и SATA интерфейс, но только в такой последовательности. Благодаря объединению нескольких накопителей в RAID, достигается максимальная надежность. А опция Multipath и использование модулей расширения позволяют подключать устройства к большему количеству контроллеров. Надежность такой архитектуры заключается в способности работы системы даже при выходе из строя одного из дисков, а также возможности горячей замены накопителя. Системы с SAS дисками позволяют организовывать отказоустойчивую инфраструктуру с распределением нагрузок.

Организация RAID-массива в разы повышает отказоустойчивость сервера. Если информация будет дублироваться на другой диск это, конечно, снизит риск потери данных. Но не стоит забывать про золотое правило бэкапов, когда важные данные должны выгружаться и на физический носитель. А в дополнение к этому не будет лишним организовать хранение бэкапа в облаке.

NVME

Интерфейс NVMe (Non-Volatile Memory Express) разрабатывался специально для увеличения производительности SSD дисков. Данный формат является самым современным на сегодняшний день. Заявленная рабочая скорость такого устройства – до 3,5 Гб/с. NVMe SSD диски могут подключаться через разъем PCI Express, устанавливаться в слот M.2 или U.2 в зависимости от возможности материнской платы сервера и форм-фактора самого накопителя. 

SSD NVMe диски обладают большим ресурсом работы с данными, максимальной скоростью чтения и записи. Они отлично подходят для высоко нагруженных проектов. Твердотельные диски NVMe также можно объединять в RAID массив (но есть особенности), что также может повысить производительность системы. Чтобы добиться ожидаемой скорости, необходимо соблюдать совместимость используемых версий оборудования, форм-факторов и ключей разъема устройств.

Как выбрать диски для сервера

Первоначально диски подбираются исходя из задач, которые должен решать сервер. Будет ли это отдельное устройство под конкретные цели или общий сервер с разными функциями. Также учитывается планируемая нагрузка в виде количества обращений, требуемая скорость обработки данных, емкость накопителей. Рассмотрим самые популярные примеры использования серверного оборудования и подходящие под эти задачи диски.

При выборе дисков для сборки с нуля или модернизации сервера, необходимо заранее проверить и продумать их подключение. Следует обратить внимание на допустимый форм-фактор, наличие требуемых разъемов и слотов, их количество и версии. Любое несоответствие как минимум приведет к потере желаемой производительности дисков, а в худшем случае система может не распознать накопитель.

• Хранение данных. Системы резервного копирования, нетребовательные к производительности объемные файл-серверы. Обычно для решения архивных задач используются HDD SATA RAID Edition, где несколько накопителей объединяются в массив. При большом количестве обращений к серверу, жесткие диски могут подвисать, так как они самые медленные. Поэтому вместо них лучше использовать SSD SATA в массиве.

• Сервер баз данных, корпоративные репозитории, бухгалтерские программы. Если говорить про сервер для 1С и другой нагруженный софт, то жесткие диски могут рассматриваться только с интерфейсом SAS в гибридном массиве из SSD/HDD. Чем больше пользователей, объем и количество баз данных, тем выше вероятность отказа от жестких дисков. Использование твердых накопителей в SAS RAID-контроллере или через подключение PCIe создаст наилучшие условия для быстродействия системы. SSD SAS в аппаратном массиве не только обеспечит высокую скорость непрерывного чтения и записи данных, но и даст возможность для расширения дисковой подсистемы в перспективе.

• Проекты с высокой нагрузкой или обработкой больших данных. Высокочастотный трейдинг, обработка фото и видео-контента, обучение нейросетей, игровые хостинги, крупные web-сервисы. Для получения максимальной скорости отклика под такие задачи используются SSD NVMe диски. Однако есть сложности объединением таких дисков в RAID. Данный вид накопителей также подключают уже в работающие инфраструктуры для увеличения скорости обработки данных.